نحوه ایجاد متر جریان آب: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

با استفاده از اجزای GreenPAK An می توان به راحتی یک جریان سنج دقیق ، کوچک و کم هزینه مایع را تهیه کرد. در این دستورالعمل ما یک جریان سنج آب ارائه می دهیم که جریان آب را به طور مداوم اندازه گیری می کند و آن را در سه صفحه نمایش 7 قسمتی نمایش می دهد. محدوده اندازه گیری سنسور جریان از 1 تا 30 لیتر در دقیقه است. خروجی سنسور یک سیگنال دیجیتال PWM با فرکانس متناسب با میزان جریان آب است.

سه IC با برنامه ریزی قابل برنامه ریزی سیگنال مختلط ماتریس SLG46533 تعداد پالس ها را در یک زمان پایه T. شمارش می کند. این زمان پایه به گونه ای محاسبه می شود که تعداد پالس ها در آن دوره برابر با جریان باشد ، سپس این عدد محاسبه شده در 7 نمایش داده می شود. -صفحه نمایش رزولوشن 0.1 لیتر در دقیقه است.

خروجی سنسور به یک ورودی دیجیتالی با ماشه Schmitt از اولین ماتریس سیگنال مختلط متصل است که عدد کسری را شمارش می کند. تراشه ها از طریق خروجی دیجیتالی به هم متصل می شوند که به ورودی دیجیتال یک ماتریس سیگنال ترکیبی متصل می شود. هر دستگاه از طریق 7 خروجی به یک نمایشگر کاتدی مشترک 7 قسمتی متصل می شود.

استفاده از ماتریس سیگنال ترکیبی قابل برنامه ریزی GreenPAK بر بسیاری از راه حل های دیگر مانند میکروکنترلرها و اجزای گسسته ترجیح دارد. در مقایسه با میکروکنترلر ، GreenPAK هزینه کمتری دارد ، کوچکتر است و برنامه ریزی آن آسان تر است. در مقایسه با طراحی مدارهای مجتمع منطقی گسسته ، هزینه کمتری دارد ، ساخت آن آسان تر و کوچکتر است.

برای اینکه این محلول از نظر تجاری مقرون به صرفه باشد ، سیستم باید تا حد ممکن کوچک باشد و در داخل محفظه ای ضد آب و سخت قرار گیرد تا در برابر آب ، گرد و غبار ، بخار و عوامل دیگر مقاوم باشد تا در شرایط مختلف کار کند.

برای آزمایش طراحی ، یک PCB ساده ساخته شد. دستگاه های GreenPAK با استفاده از کانکتورهای هدر زن 20 پین دو ردیفه به این PCB وصل شده اند.

آزمایشات برای اولین بار با استفاده از پالس های تولید شده توسط آردوینو انجام می شود و در بار دوم میزان جریان آب منبع آب خانگی اندازه گیری می شود. این سیستم دقت 99 shown را نشان داده است.

همه مراحل مورد نیاز را بشناسید و بفهمید که چگونه تراشه GreenPAK برای کنترل جریان سنج آب برنامه ریزی شده است. با این حال ، اگر فقط می خواهید نتیجه برنامه نویسی را دریافت کنید ، نرم افزار GreenPAK را بارگیری کنید تا فایل طراحی GreenPAK را که قبلاً تکمیل شده است مشاهده کنید. کیت توسعه GreenPAK را به کامپیوتر خود وصل کرده و برنامه را فشار دهید تا IC سفارشی برای کنترل جریان سنج آب شما ایجاد شود. اگر علاقمند به درک نحوه عملکرد مدار هستید مراحل توصیف شده زیر را دنبال کنید.

مرحله 1: توضیحات کلی سیستم

یکی از رایج ترین روشهای اندازه گیری سرعت جریان مایع دقیقاً مانند اصل اندازه گیری سرعت باد توسط بادسنج است: سرعت باد متناسب با سرعت چرخش بادسنج است. بخش اصلی این نوع سنسور جریان نوعی چرخ دنده است که سرعت آن متناسب با سرعت جریان مایع است که از آن عبور می کند.

ما از سنسور جریان آب YF-S201 از شرکت URUK که در شکل 1 نشان داده شده است استفاده کردیم. در این سنسور ، یک سنسور اثر هال نصب شده بر روی چرخ دنده ، با هر دور یک پالس را خروجی می دهد. فرکانس سیگنال خروجی در فرمول 1 ارائه شده است ، جایی که Q سرعت جریان آب در لیتر/دقیقه است.

به عنوان مثال ، اگر میزان جریان اندازه گیری شده 1 لیتر در دقیقه باشد ، فرکانس سیگنال خروجی 7.5 هرتز است. برای نمایش مقدار واقعی جریان در قالب 1.0 لیتر در دقیقه ، باید پالس ها را برای زمان 1.333 ثانیه شمارش کنیم. در مثال 1.0 لیتر در دقیقه ، نتیجه شمارش شده 10 خواهد بود که در نمایشگرهای هفت قسمتی به عنوان 01.0 نمایش داده می شود. در این برنامه دو وظیفه مورد بررسی قرار می گیرد: اول شمارش پالس ها و دوم نمایش عدد در هنگام تکمیل کار شمارش. هر کار 1.333 ثانیه طول می کشد.

مرحله 2: پیاده سازی طراح GreenPAK

SLG46533 دارای ماکروسل های عملکردی ترکیبی متعدد است و می توان آنها را به عنوان جداول جستجو ، شمارنده یا D-Flip-Flops پیکربندی کرد. این مدولاری است که باعث می شود GreenPAK برای برنامه مناسب باشد.

این برنامه دارای 3 مرحله است: مرحله (1) یک سیگنال دیجیتالی دوره ای ایجاد می کند تا بین 2 وظیفه سیستم جابجا شود ، مرحله (2) تعداد پالس های سنسور جریان را شمارش می کند و مرحله (3) عدد کسری را نمایش می دهد.

مرحله 3: مرحله اول: شمارش/نمایش تعویض

خروجی دیجیتالی "COUNT/DISP-OUT" که هر 1.333 ثانیه حالت را بین بالا و پایین تغییر می دهد مورد نیاز است. هنگامی که زیاد است ، سیستم پالس ها را شمارش می کند و هنگامی که کم است ، نتیجه شمارش شده را نشان می دهد. این را می توان با استفاده از DFF0 ، CNT1 و OSC0 با سیم مانند شکل 2 به دست آورد.

فرکانس OSC0 25 کیلوهرتز است. CNT1/DLY1/FSM1 به عنوان شمارنده پیکربندی شده است و ورودی ساعت آن به CLK/4 متصل است به طوری که فرکانس ساعت ورودی CNT1 6.25 کیلوهرتز است. برای اولین دوره ساعت که همانطور که در رابطه 1 نشان داده شده است ، خروجی CNT1 زیاد است و از لبه افزایش سیگنال ساعت بعدی ، خروجی شمارنده کم است و CNT1 از 8332 شروع به کاهش می کند. هنگامی که داده CNT1 به 0 می رسد ، یک پالس جدید در خروجی CNT1 است تولید شده در هر لبه صعودی خروجی CNT1 ، خروجی DFF0 حالت را تغییر می دهد ، اگر پایین باشد به بالا و بالعکس تغییر می کند.

قطبیت خروجی DFF0 باید به صورت معکوس پیکربندی شود. CNT1 بر روی 8332 تنظیم شده است زیرا زمان شمارش/نمایش T برابر با معادله 2 است.

مرحله 4: مرحله دوم: شمارش پالس های ورودی

یک شمارنده 4 بیتی با استفاده از DFF3/4/5/6 ساخته می شود ، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. این شمارنده تنها زمانی افزایش می یابد که "COUNT/DISP-IN" ، که PIN 9 است ، زیاد باشد. ورودی AND 2-L2 "COUNT/DISP-IN" و ورودی PWM هستند. هنگامی که شمارنده به 10 می رسد یا هنگامی که مرحله شمارش شروع می شود ، شمارنده بازنشانی می شود. هنگامی که پین های DFFs RESET ، که به همان شبکه "RESET" متصل هستند ، کم باشد ، شمارنده 4 بیت تنظیم مجدد می شود.

LUT2 4 بیتی برای تنظیم مجدد شمارنده هنگامی که به 10 می رسد ، استفاده می شود زیرا خروجی های DFF معکوس هستند ، اعداد با وارونه کردن تمام بیت های نمایشی دوتایی آنها تعریف می شوند: تعویض 0 با 1 ثانیه و بالعکس. این نمایش را مکمل عدد باینری 1 می نامند. ورودی های 4 بیتی LUT2 IN0 ، IN1 ، IN2 و IN3 به ترتیب به a0 ، a1 ، a2 ، a3 و a3 متصل می شوند. جدول حقیقت 4-LUT2 در جدول 1 نشان داده شده است.

هنگامی که 10 پالس ثبت می شود ، خروجی 4-LUT0 از بالا به پایین تغییر می کند. در این مرحله خروجی CNT6/DLY6 ، پیکربندی شده برای کار در حالت یک شات ، برای مدت 90 نانوس به پایین تغییر می کند و دوباره روشن می شود. به همین ترتیب ، هنگامی که "COUNT/DISP-IN" از کم به زیاد تغییر می کند ، یعنی. سیستم شروع به شمارش پالس می کند. خروجی CNT5/DLY5 ، پیکربندی شده برای کار در یک حالت شات ، برای مدت 90 نانوس خیلی کم تغییر می کند و دوباره روشن می شود. بسیار مهم است که دکمه RESET را برای مدتی در سطح پایین نگه دارید و دوباره آن را با استفاده از CNT5 و CNT6 روشن کنید تا زمان بازنشانی همه DFF ها در نظر گرفته شود. تأخیر 90 نانوس بر دقت سیستم تاثیری ندارد زیرا حداکثر فرکانس سیگنال PWM 225 هرتز است. خروجی های CNT5 و CNT6 به ورودی های دروازه AND متصل می شوند که سیگنال RESET را خروجی می دهد.

خروجی 4-LUT2 نیز به پین 4 متصل است ، با برچسب "F/10-OUT" ، که به ورودی PWM مرحله شمارش تراشه بعدی متصل می شود. به عنوان مثال ، اگر "PWM-IN" دستگاه شمارش کسری به خروجی PWM سنسور متصل باشد و "F/10-OUT" آن به "PWM-IN" دستگاه شمارش واحدها و " F/10-OUT "مورد دوم به" PWM-IN "دستگاه شمارش دهها و غیره متصل است. "COUNT/DISP-IN" همه این مراحل باید به همان "COUNT/DISP-OUT" هر یک از 3 دستگاه برای دستگاه شمارش کسری متصل شود.

شکل 5 با نشان دادن نحوه اندازه گیری میزان جریان 1.5 لیتر در دقیقه ، نحوه عملکرد این مرحله را به تفصیل توضیح می دهد.

مرحله 5: مرحله سوم: نمایش مقدار اندازه گیری شده

این مرحله دارای ورودی های a0 ، a1 ، a2 و a3 (معکوس) است و به پین های متصل به صفحه نمایش 7 قسمتی خروجی می دهد. هر بخش دارای یک عملکرد منطقی است که توسط LUT های موجود ساخته می شود. LUT های 4 بیتی می توانند کار را به راحتی انجام دهند ، اما متأسفانه فقط 1 در دسترس است. LUT0 4 بیتی برای بخش G استفاده می شود ، اما برای بخش های دیگر ما از یک جفت LUT 3 بیتی استفاده می کنیم ، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است. در سمت چپ LUT های 3 بیتی a2/a1/a0 به ورودی های خود متصل است ، در حالی که راست ترین LUT های 3 بیتی دارای ورودی A3 هستند.

همه جداول جستجو را می توان از جدول حقیقت رمزگشای 7 بخش نشان داده شده در جدول 2 استنباط کرد. آنها در جدول 3 ، جدول 4 ، جدول 5 ، جدول 6 ، جدول 7 ، جدول 8 ، جدول 9 ارائه شده است.

هنگامی که "COUNT/DISP-IN" کم است ، پین های کنترل GPIO که نمایشگر 7 قسمتی را کنترل می کنند از طریق اینورتر به "COUNT/DISP-IN" متصل می شوند ، این بدان معناست که صفحه نمایش فقط در هنگام کار نمایش تغییر می کند. بنابراین ، در حین شمارش ، نمایشگرها خاموش هستند و در هنگام نمایش وظیفه ، پالس های شمارش شده را نمایش می دهند.

ممکن است در نقطه ای از صفحه نمایش 7 قسمتی یک نشانگر نقطه اعشار مورد نیاز باشد. به همین دلیل ، PIN5 با برچسب "DP-OUT" به شبکه معکوس "COUNT/DISP" متصل می شود و ما آن را به DP صفحه مربوطه متصل می کنیم. در برنامه ما باید نقطه اعشار دستگاه شمارش واحدها را برای نمایش اعداد در قالب "xx.x" نمایش دهیم ، سپس "DP-OUT" دستگاه شمارش واحد را به ورودی DP واحد 7 متصل می کنیم. بخش نمایش داده می شود و دیگران را بدون اتصال رها می کنیم.

مرحله 6: پیاده سازی سخت افزار

شکل 7 ارتباط بین 3 تراشه GreenPAK و اتصالات هر تراشه به صفحه مربوطه را نشان می دهد. خروجی نقطه اعشار GreenPAK ورودی DP صفحه نمایش 7 قسمتی را متصل می کند تا میزان جریان را در قالب صحیح آن ، با وضوح 0.1 لیتر در دقیقه نشان دهد. ورودی PWM تراشه LSB به خروجی PWM سنسور جریان آب متصل است. خروجی های F/10 مدارها به ورودی PWM تراشه زیر متصل می شوند. برای سنسورهایی با نرخ جریان بالاتر و/یا دقت بیشتر ، می توان تراشه های بیشتری را برای افزودن ارقام بیشتر به هم متصل کرد.

مرحله 7: نتایج

برای آزمایش سیستم ، ما یک PCB ساده ساختیم که دارای کانکتورهایی است که سوکت های GreenPAK را با استفاده از هدرهای زنانه دو ردیف 20 پینی متصل می کند. شماتیک و طرح این PCB و عکس ها در پیوست ارائه شده است.

این سیستم ابتدا با آردوینو آزمایش شد که یک سنسور نرخ جریان و یک منبع آب با دبی ثابت و شناخته شده را با تولید پالس هایی در 225 هرتز که به ترتیب با دبی 30 لیتر در دقیقه مطابقت دارد ، شبیه سازی می کند. نتیجه اندازه گیری برابر 29.7 لیتر در دقیقه بود ، خطا حدود 1 بود.

دومین آزمایش با سنسور میزان جریان آب و منبع آب خانگی انجام شد. اندازه گیری در نرخ های مختلف جریان 4.5 و 12.4 بود.

نتیجه

این دستورالعمل نحوه ساخت یک جریان سنج کوچک ، کم هزینه و دقیق با استفاده از Dialog SLG46533 را نشان می دهد. به لطف GreenPAK ، این طرح کوچکتر ، ساده تر و آسان تر از راه حل های قابل مقایسه است.

سیستم ما می تواند دبی را تا 30 لیتر در دقیقه با رزولوشن 0.1 لیتر اندازه گیری کند ، اما ما می توانیم از GreenPAK های بیشتری برای اندازه گیری میزان جریان بالاتر با دقت بالاتر بسته به سنسور جریان استفاده کنیم. یک سیستم مبتنی بر Dialog GreenPAK می تواند با طیف گسترده ای از متر متر توربین کار کند.

محلول پیشنهادی برای اندازه گیری میزان جریان آب طراحی شده است ، اما می توان آن را با هر سنسوری که سیگنال PWM را خروجی می دهد ، مانند سنسور سرعت جریان گاز ، مورد استفاده قرار داد.